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Operating strategy optimization considering battery aging for a sector coupling system providing frequency containment reserve

Krupp, Amelie und Beckmann, Robert und Draheim, Patrick und Meschede, Eva und Ferg, Ernst und Schuldt, Frank und Agert, Carsten (2023) Operating strategy optimization considering battery aging for a sector coupling system providing frequency containment reserve. Journal of Energy Storage, 68, Seite 107787. Elsevier. doi: 10.1016/j.est.2023.107787. ISSN 2352-152X.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352152X23011842

Kurzfassung

Battery storage systems are increasingly used in the frequency containment reserve (FCR) application. Coupling the battery with a power-to-heat module can further increase the systems profitability. Different studies optimized the hybrid systems operation by considering country-specific regulations. However, lithium-ion battery aging has not yet been included. This work analyses the impact of system dimension and operation on net present value, considering battery aging. The operation strategy consists of adjusting the target SoE and using the deadband degree of freedom, which allows to suspend provision of FCR for minor frequency deviations. Battery lifetime is simulated using a semi-empirical aging model describing graphite anode aging mechanisms. The highest NPV is obtained with a battery dimension of 0.5Wh/W, 90% target SoE, and normal deadband utilization. For the considered NMC battery cells, deadband utilization contributes to battery lifetime extension when operating at high SoE. Without this cell chemistry-specific lifetime gain, a lower target SoE of 60% and a larger system size of 0.6 is economically more advantageous. In a sensitivity analysis, battery aging was detected as the most crucial parameter influencing system profitability at high FCR prices. The results highlight the importance of including reliable battery aging simulations in future FCR operation optimizations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/199268/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Operating strategy optimization considering battery aging for a sector coupling system providing frequency containment reserve
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Krupp, AmelieDLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme e.V.https://orcid.org/0000-0003-1849-4507NICHT SPEZIFIZIERT
Beckmann, RobertRobert.Beckmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9331-8170NICHT SPEZIFIZIERT
Draheim, Patrickpatrick.draheim (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7524-1365NICHT SPEZIFIZIERT
Meschede, EvaEva.Meschede (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3685-9071NICHT SPEZIFIZIERT
Ferg, ErnstErnst.Ferg (at) mandela.ac.zaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schuldt, Frankfrank.schuldt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4196-2025NICHT SPEZIFIZIERT
Agert, CarstenCarsten.Agert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4733-5257NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Juni 2023
Erschienen in:Journal of Energy Storage
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:68
DOI:10.1016/j.est.2023.107787
Seitenbereich:Seite 107787
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Sauer, Dirk Uwedirkuwe.sauer (at) isea.rwth-aachen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:2352-152X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Lithium-ion battery; Battery aging model; State of charge; Net present value; Frequency containment reserve; Power-to-heat module
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Digitalisierung und Systemtechnologie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Energiesystemtechnologie
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Vernetzte Energiesysteme > Energiesystemtechnologie
Institut für Vernetzte Energiesysteme > Energiesystemanalyse, ST
Hinterlegt von: Beckmann, Robert
Hinterlegt am:22 Nov 2023 15:36
Letzte Änderung:22 Nov 2023 15:36

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